专利名称：指纹读取器件及其方法
技术领域：
本发明一般地涉及指纹读取器件，及其方法。
至今一些为了机密性等目的而鉴别个人的系统使用ID号和密码等等，然而，用它保持机密并不完美，因为ID号和密码可能泄露。另一方面，因为能够保持更高级别的安全性，指纹读取器件被建议使用。
静电电容类型指纹读取器件(日本待审专利No.Hei4-231803等)被提议用来探测指纹图样，通过利用下面的事实，即一组布置成二维阵列的电极之间产生静电电容，手指通过绝缘材料层与电极组的接触变化相当于指纹的皱纹。一些这种类型的指纹读取器件已经被利用。
可是，因为先前技术中的静电电容型指纹读取传感器，需要提供二维阵列的探测电极和有源元件，制造过程复杂和成本高。更进一步，关于什么样的装置来结合这种类型的指纹读取器件和指纹读取器件如何使用，还没有设计良好的应用，因而很少的指纹读取器件被采用。
在这样的条件下，本发明的基本目标是提供指纹读取器件和方法，使能够在实际使用时增强灵活性，提高生产率和减少成本。
为了实现上述目标，按照本发明的第一方面，指纹读取器件包含指纹读取传感器，指纹读取传感器包括一组在第一方向多条线排列的第一电极，一组在与第一方向相交的第二方向多条线排列、并在第一电极组上面用中间层绝缘薄膜隔开的第二电极，和在第二电极组上面的由绝缘物质组成的表面保护薄膜，和驱动电路，用于通过顺序施加预定电压到任意一组第一电极和第二电极、并同时顺序施加该电压到其他电极组来测量每一个电极和接触表面保护薄膜的指纹之间的静电电容，和测量第一电极和第二电极之间交叉点的附近的静电电容的变化。
按照本发明的第一方面，预定电压施加到每一个第一电极，交叉点静电电容的图样通过扫描第二电极来检测，从而获得指纹的图像。
按照本发明的第二方面，按照本发明的第一方面的指纹读取器件中，驱动电路可以检测每一个电极和接触在表面保护薄膜上的指纹之间的静电电容，作为第一电容值，此时电压被施加到第一电极组和第二电极组的每一个电极上，和进一步检测每一个电极和接触在表面保护薄膜上的指纹之间的静电电容，作为第二电容值，此时电压被同时施加到第一电极和第二电极的每一个交叉点上的两个电极上，然后通过比较第一静电电容值和第二静电电容值获得每一个交叉点上的静电电容变化值，并从静电电容变化值的图样获得指纹图样。
按照本发明的第二方面，当单独施加电压在每一个第一和第二电极上时，指纹和电极之间的第一静电电容值，与同时施加电压在每一个交叉点上的第一和第二电极上时的第二静电电容值比较，从而获得对应交叉点和指纹之间的静电电容变化值。从静电电容变化值的图样获得指纹图样。
按照本发明的第三方面，按照本发明的第一或第二方面的指纹读取器件中，指纹读取传感器可以是透明的，并位于液晶显示器件的液晶板的至少一部分显示区域内。
按照本发明的第三方面，指纹读取传感器与液晶板的显示区域重叠，因此在合并到电子装置中时能够与液晶板一起装配。这样使节省安装指纹读取传感器的空间是可行的。
按照本发明的第四方面，按照本发明的第三方面的指纹读取器件中，指纹读取传感器可以位于偏振片或液晶板的透明基底的表面上。
按照本发明的第四方面，指纹读取传感器位于透明基底或偏振片上，这样使其能与液晶板成为整体。
按照本发明的第五方面，一种指纹读取方法包括以下步骤，排列一组第一电极在第一方向的多条线上，排列一组第二电极在与第一方向交叉的第二方向的多条线上，第二电极组通过中间层绝缘薄膜在第一电极组上面，顺序施加预定电压在任一组第一和第二电极上，同时顺序施加电压到另一组电极，通过使用其表面带有由绝缘物质组成的表面保护薄膜的指纹读取传感器，并测量第一电极和第二电极交叉点处的静电电容值的变化。
按照本发明的第五方面，预定电压被施加到每一个第一电极，交叉点处的静电电容图样用过扫描第一电极检测，从而获得指纹的图像。
按照本发明的第六方面，一种指纹读取方法包括以下步骤，检测每一个电极和接触在表面保护薄膜上的指纹之间的静电电容，作为第一电容值，此时电压被施加到第一电极组和第二电极组的每一个电极上，并检测每一个电极和接触在表面保护薄膜上的指纹之间的静电电容，作为第二电容值，此时电压被同时施加到第一电极和第二电极的每一个交叉点上的两个电极上，通过比较第一静电电容值和第二静电电容值获得每一个交叉点上的静电电容变化值，并从静电电容变化值的图样获得指纹图样。
按照本发明的第六方面，当单独施加电压在每一个第一和第二电极时，指纹和电极之间的第一静电电容值，与同时施加电压在每一个交叉点上的第一和第二电极时的第二静电电容值比较，从而获得对应交叉点和指纹之间的静电电容变化值。从静电电容变化值的图样获得指纹图样。
图1(a)是一个截面图，示意表示本发明的一个实例中的指纹读取器件结构；图1(b)是它的俯视图；图2(a)到2(c)是说明视图，表示指纹是如何用本发明的一个实例中的指纹读取器件来识别的；图3(a)和3(b)是截面图，各自表示液晶显示器件与本发明的一个实例中的指纹读取器件装配在一起。
本发明的实例将在下文中描述。
图1示意地表示一个实例中指纹读取器件的结构。
如图1中所描述，一个指纹读取器件10具有这样的几何结构，X轴电极12以预定的间隔排列在基底11上，Y轴电极14与X轴电极12正交，通过中间层绝缘薄膜13以相等的间隔排列在x轴电极12上。进而，绝缘物质组成的表面保护薄膜15提供于Y轴电极14上。此外，每一个X轴电极12被连接到X轴驱动器18，每一个Y轴电极14被连接到Y轴驱动器19。
注意指纹读取器件10的标准分辨率大约在300dpi，就是行距大约50μm。
使用这样结构的指纹读取器件10检测指纹的步骤将被简要解释。图2(a)，2(b)和2(c)是表示指纹如何被检测的示意说明图。
如图1(b)所示，假如提供X轴电极12X1～12Xx的x部分和Y轴电极14Y1～14Yy的y部分，则交叉点的对应地址为(1，1)～(x，y)。
在这里，首先，当X轴驱动器18选择X轴电极X1并在其上施加预定电压时，电容器Cx1在手指60和X轴电极X1之间形成(图2(a))。这个电容器Cx1的静电容量是X轴电极X1在纵向方向伸展的和值。此外，当Y轴驱动器19选择Y轴电极Y1并在其上施加预定电压时，电容器Cy1在手指60和X轴电极Y1之间形成(图2(b))。这个电容器的静电容量是Y轴电极Y1在纵向方向伸展的和值。这些数值对于X轴电极12和Y轴电极14测量，并设定为第一静电电容值。
另一方面，X轴电极X1～Xx被顺序选择，以选择施加预定电压到Y轴电极Y1的持续时间，例如预定电压顺序施加在其上。这个操作获得到的值设定为第二静电电容值。
在这时，如果举例，X轴电极X1被选定，在交叉点(1，1)附近X轴电极X1和Y轴电极Y1之间发生相互干扰，发生变化如在X轴电极X1和Y轴电极Y1之间形成电容Cxy。随着这个变化，交叉点(1，1)和手指60之间的静电电容值发生变化。由于这个静电电容值的变化，分别从X轴电极X1和Y轴电极Y1测量的第一静电电容值和第二静电电容值彼此不同。也就是，如上面解释的，分别测量的电容器Cx1和Cy1成为电容器Cx1′和Cy1′，它们的静电电容彼此不同。
在这里，通过比较第一静电电容值和第二静电电容值获得的静电电容变化值，取决于手指(60)和X轴电极X1和Y轴电极Y1的交叉点(1，1)之间的静电电容，并因此基于朝向交叉点(1，1)的部分是指纹的突出部分或凹进部分而不同。因此，如果这个变化值的量对每一交叉点都得到，就能形成这些变化值的图形，获得指纹图形，从而指纹被读取。
这样构造的指纹读取器件10提供于液晶显示器件的液晶板的液晶显示区域，能容易地装配到电子装置中。注意X轴电极12，中间层绝缘薄膜13，Y轴电极14和表面保护薄膜15，在这种情形下当然必须全部由透明材料组成。
图3表示一个例子，其中指纹读取器件位于液晶板上。
如图3所描述，液晶板20的构成方式是通过间隔物23连接第一透明基底21和第二透明基底22，并在它们之间插入液晶层24。此外，透明电极25和有源元件26以二维阵列对应于象素的形式排列在第一透明基底21的内侧，与液晶层24面对面，定向薄膜27提供来覆盖这些电极25和元件26。另一方面，第二透明基底22的内侧，共用的透明电极28和定向薄膜29覆盖在液晶层24的表面。注意偏振片31，32位于第一和第二透明基底21，22的外部。
在这里，图3(a)表示一个例子，其中指纹读取器件10位于第二透明基底22的外侧。图3(b)表示一个例子，其中指纹读取器件10位于偏振片32上。指纹读取器件10可以能布置在显示区的一角或中心部分，甚至整个显示区也可以用作指纹读取传感器，不被限制在液晶显示区的平面方向的特定部分。
指纹读取器件可以容易地合并到多种具有液晶显示器件的电子装置中，如各种个人计算机、移动终端、移动电话、个人手持电话系统(PHS)和附带显示的卡片。
综上所述，按照本发明，静电电容型指纹读取器件及其驱动电路位于液晶板上，从而展示出效果，在实际使用时增强灵活性，提高生产率和降低成本。
权利要求
1．一种指纹读取器件，包括指纹读取传感器，包括一组在第一方向延伸的多条线排列的第一电极，一组在与第一方向相交的第二方向延伸的多条线排列的、并在第一电极组上面用中间层绝缘薄膜隔开的第二电极，和在第二电极组上面的由绝缘物质组成的表面保护薄膜；和驱动电路，通过顺序施加预定电压在任意一组第一电极和第二电极、并同时顺序施加该电压到其他电极组，测量每一个电极和接触表面保护薄膜的指纹之间的静电电容，测量第一电极和第二电极之间交叉点的附近的静电电容的变化。
2．按照权利要求1的指纹读取器件，其中驱动电路可以检测每一个电极和接触在表面保护薄膜上的指纹之间的静电电容，作为第一电容值，此时电压被施加到第一电极组和第二电极组的每一个电极上，和进一步检测每一个电极和接触在表面保护薄膜上的指纹之间的静电电容，作为第二电容值，此时电压被同时施加到第一电极和第二电极的每一个交叉点上的两个电极上，然后通过比较第一静电电容值和第二静电电容值获得每一个交叉点上的静电电容变化值，并从静电电容变化值的图样获得指纹图样。
3．按照权利要求1或2的指纹读取器件，其中指纹读取传感器是透明的，并位于液晶显示器件的液晶板的至少一部分显示区域内。
4．按照权利要求3的指纹读取器件，其中指纹读取器件位于偏振片的表面上或液晶板的透明基底上。
5．一种指纹读取方法，包括以下步骤排列一组第一电极在第一方向的多条线上；排列一组第二电极在与第一电极相交的第二方向的多条线上，第二电极组通过中间层绝缘薄膜在第一电极组上面；通过使用其表面带有由绝缘物质组成的表面保护薄膜的指纹读取传感器，顺序施加预定电压在任一组第一和第二电极上，同时顺序施加电压到另一组电极；并测量第一电极和第二电极交叉点处的静电电容变化。
6．一种指纹读取方法，包括以下步骤检测每一个电极和接触在表面保护薄膜上的指纹之间的静电电容，作为第一电容值，此时电压被施加到第一电极组和第二电极组的每一个电极上；检测每一个电极和接触在表面保护薄膜上的指纹之间的静电电容，作为第二电容值，此时电压被同时施加到第一电极和第二电极的每一个交叉点上的两个电极上；通过比较第一静电电容值和第二静电电容值获得每一个交叉点上的静电电容变化值；并从静电电容变化值的图样获得指纹图样。
全文摘要
提供一种指纹读取系统,它能在实际使用时增强多功能性,提高生产率和降低成本。指纹读取传感器包括一组在第一方向多条线排列的第一电极,一组在与第一方向相交的第二方向多条线排列、并在第一电极组上面用中间层绝缘薄膜隔开的第二电极,和在第二电极组上面的由绝缘物质组成的表面保护薄膜。驱动电路顺序测量每一个电极和接触表面保护薄膜的指纹之间的静电电容,和测量第一电极和第二电极之间交叉点的附近的静电电容的变化。
文档编号G06T1/00GK1284706SQ0012263
公开日2001年2月21日 申请日期2000年8月11日 优先权日1999年8月12日
发明者河原行人, 藤田宏之, 松平努 申请人:精工电子有限公司